化工设备机械基础习题及答案

1、1.化工厂安装塔设备时，分段起吊塔体如图所示。设起吊重量G=10KN,求钢绳 AB、2.3.BC及BD的受力大小。设 BC、BD与水平夹角为 60 c桅杆式起重机由桅杆D、起重杆 AB和钢丝BC用钱链A连接而组成求BC绳的拉力与钱链 A的反力（AB杆重不计）起吊设备时为避免碰到栏杆，施一水平力拉力ToP= 20KN,试P,设备重G=30KN,求水平力P及绳子4.悬臂式壁架支承设备重P(KN),壁架自重不计，求固定端的反力。5.化工厂的塔设备，塔旁悬挂一侧塔。设沿塔高受风压 q(N/m),塔高H(m),侧塔与主塔中心相距为e(m),主塔重 Pi(KN),侧塔重P2(KN)o试求地面基础处的支座反

2、力6.梯子由AB与AC两部分在A处用钱链联结而成，下部用水平软绳连接如图放在光.78.9.10.滑面上。在AC上作用有一垂直力P。如不计梯子自重，当P=600N, =75C , h=3m ,a = 2m时，求绳的拉力的大小试用截面法求各杆件所标出的横截面上的内力和应力。杆的横截面面积P=10KNA 为 250mm2,一根直径d=3mm,长L=3m的圆截面杆，承受轴向拉力P=30KN,其伸长为 &=。试求此杆横截面上的应力与此材料的弹性模量E。参考答案一根钢杆，其弹性模量E=xi0MPa,比例极限p=210MPa；在轴向拉力 P作用下，纵向线应变=。求此时杆横截面上的正应力。如果加大拉力

3、 P,使杆件的纵向线应变增加到=,问此时杆横截面上的正应力能否由虎克定律确定，为什么两块Q235-A钢板用E4301焊条对焊起来作为拉杆，b=60mm , =10mm。已知钢板的许用应力口=160MPa,对接焊缝许用应力 口 = 128MPa,拉力P=60KN。试校核其强度。11.已知反应釜端盖上受气体内压力及垫圈上压紧力的合力为400KN,其法兰联接选用 Q235-A钢制M24的螺栓，螺栓的许用应力=54MPa,由螺纹标准查出M24螺栓的根径 d=,试计算需要多少个螺栓（螺栓是沿圆周均匀分布，螺栓数应取4的倍数）。12.简易支架可简化为图示的钱接三角形支架ABC。AB为圆钢杆，许用应力=14

4、0MPa； BC为方木杆，许用应力=50MPa o若载荷P=40KN,试求两杆的横截面尺寸。13.某设备的油缸，缸内工作压力P=2MPa,油缸内径 D=75mm ,活塞杆直径 d=18mm ,已知活塞杆的=50MPa ,试校核活塞杆的强度。参考答案1-13.解：横截面上的应力：P P2CT = = 7 = ：7 = 480S 出_萩 3 14x0 0751.3 M-n。区 丁一丁 M - MMPa因为：*MPa,所以该活塞杆的强度不够。14.a：b为1:4,若支座下的基础的许用应力=1MPa,试求垫板截面所一卧式容器，支承在支座A和B上，容器总重 G=500KN,作用于中点，两支座 A、B的垫

5、板之截面均为长方形，边长 需的尺寸15.试列出图示各梁的弯矩方程，并画弯矩图，求出Mmax16.一卧式贮耀，内径为1600mm ,壁厚20mm ,封头高 H=450mm ；支座位置如图，L=8000mm ,a=1000mm。内贮液体，包括贮罐自重在内，可简化为单位长度上的均布载荷q=28N/mm简化图如（b）。求罐体上的最大弯矩和弯曲应力。17.悬臂管道托架上，支承管道重P=8MPa, l=500mm,梁用10号工字钢，材料的弯曲许用应力口二120MPa。问工字梁的强度是否足够。18.分福塔高 H=20m,塔内径为1000mm ,壁厚6mm ,塔与基础的固定方式可视为固端，作用在塔体上的风载荷

6、分两段计算，qi=420N/m, q2=600N/m。求风力引起的最大弯曲应力19.一卧式容器筒体部分，总重 40KN,支撑在容器焊接架的托轮上，已知支承托轮A、B两轴的直径d=50mm ,材料的弯曲许用应力 =120MPa。试校核该轴的强度。20.空气泵的操作杆，右端受力P=8KN,I-I及II-II截面尺寸相同，均为h/b=3的矩形。若操作杆的材料的许用应力=150MPa。试设计I-I及II-II截面的尺寸。21.横梁设计为£!形截面 h/b=3 ： 1,许用应力=160MPa ,求此梁的最大挠度和最大转角。钢材的弹性模量 E=xi(5MPao 图中 P=20KN,q=10KN/

7、m , l=4m。参考答案HHimriiiiiiin22.销钉联接，已知P=18KN,板厚ti=8mm , t2=5mm ,销钉与板的材料相同，许用剪应力=60MPa,许用挤压应力jy=200MPa,销钉直径 d=16mm ,试校核销钉强度23. 齿轮与轴用平键联结，已知轴直径d=70mm,键的尺寸 b>hM=20X 12X 100mm),传递的力偶矩 m=2KN m ,键材料的许用应力 =80MPa , jy=200MPa ,试校核健的强度。24. 已知圆轴输入功率Na=50KW,输出功率 Nc=30KW, Nb=20KW。轴的转速 n= 100转/分,=40MPa, =°/

8、m, G=x 14MPa。设计轴的直径 d.参考答案1-24解：销钉所受的的最大剪应力为：Pt 2 Pf2 1Sx103/2 日Tjidur - -Z- - 5 -5 - 49.8二%34MPa小销钉所受的的最大挤压应力为:-WOMPa L 甘25. 某搅拌轴材质为45号钢，其许用应力口=31MPa,轴的n=20r/min ,传递功率为 N=5KW。试求此实心轴的直径。26. 某化工厂的螺旋输送机，输入功率为7. 2KWo现拟用外径 D=50mm、内径d=40mm的热轧无缝钢管做螺旋的轴，轴的转速 n=150r/min ,材料的扭转许用剪应力口=50MPa ,问强度是否足够27. 某反应器的搅

9、拌轴由功率N=6KW的电动机带动，轴的转速n=40r/min ,由89X10外径89mm,壁厚10mm)制成，材料的许用剪应力 口=50MPa。试校核电动机输出额定功率时轴的强度。28. 一带有框式搅拌桨叶的主轴，其受力情况如图所示。搅拌轴由电动机经过减速箱及圆锥齿轮带动。已知电动机的功率为，机械传动的效率为85%,搅拌轴的转速为5r/min ,轴的直径为d=75mm ,轴的材料为45号钢，许用剪应力为 口=60MPa。试校核轴的强度。29. 试求图示单元体内主应力的大小及方向，并在它们的中间绘出仅受主应力作用的单元体。30. 试求图示各单元体内主应力的大小及方向，并在它们中间绘出仅受主应力作

10、用的单元体。参考答案1-30 (c)解：主应力为:5 =+4娼=p-2O + 30)十兴-20- 30y +4xL = 37MPaMPa2 = (Gy + u)- 口p2 + 4= (-20 + 20) - yJ(-20 - 30j2 + 4 x 20 = -271- 21.1 i -2x20<%)- hQ -1-tg4 - m° 2 g -52-20-30受主应力作用的单元体如下图中的蓝色线条所表示的:31链环由直径 d=20mm的圆钢制成，距离 a=50mm。钢材的许用应力口二100MPa。如果图示链环有缺口，其许可拉力 P为多大如果将缺口焊好，则其许可拉力P为多大32 手

11、摇钱车如图所示。轴的直径d=30mm,材料为Q235钢，口=80MPa。试按第三强度理论求钱车的最大起重量Po3334轴直径d=40mm o若=60MPa ,试用第三和第四强度理论来校核主轴的强度。千斤顶的螺杆由 Q235-A钢制成，内径 di=32mm,最大升高l=30mm。若起重量 P=50KN,两端支座看成上端自由、下端固定，许用应力=160MPa,用折减系数法校合其稳定性。电动机的功率为9KW,转速为715r/min ,皮带轮直径 D=250mm ,主轴外伸部分 l=120mm ,主35铸铁管外径 D=200mm ,内径d=120mm ,长l=3000mm ,两端看成钱链支座。铸铁的许

12、用应力=80MPa。求此管最大许可压力。习题参考答案1.2%血 600-G=C =10ZAZ2.巴cosl50- (F cos 45°+ F) = 0Fq cos75°-cos 45° = 0Fm = 2&3KN H配=1Q35KNF肝 2&3®3.Fco£300-(7= 0P- F cos 600 = 0F = 17.32KN4.5.6.FJ cost1-刚一尸(J 一色)= 0用=430W弱左。5«-丽二。耳+网二产%=15OJV7.8. 一2-2 1-12-2 1-12-2 1-12-2P pT = 匚F = P

13、 =9=0 cr = 0甘=F = 10KNF = 2P = 20KNF三F三10KWF =P= 10 欧F = F = 1QKN 尸=0 CT = 0=MPacr = = 40MPa A(7 = 40AffisAtj gOMFaAcf= = 40Mj%AP厅=一 二4 OMRsAcr= -WMPa3-3尸=2。劭 o = 3CMPa9.A /犷L= CT = £=210切L=2.03xl0llPoS不能用虎克定律计算横截面上的正应力，因为此时应力已远远超出弹性范围10.二 100MP口 回故，强度足够11. 厂tT = A3 = 22nA el ”2412. f|国= 44.7 K

14、N心%一%cosa=0。二2。n工蚀=143m/n3= 894 次巾口.SLr贡/=4口 =30 m ed=14mm13.14.15.日=250 加方b =1000/J? m产生F =二=33MPa <cr-d2G二j4c- = A = 0.25m A-4a(g)(i)(k)(h)(j)(l)(a)(b)(c)(e)(d)(f)2 P a16所以，强度不够22.抗剪:-=90AfP口p p2F2 = = = 141MPa抗挤：J：(m)tr-?y = 163MPa>tr18.N=G11.54KN4 cos3001 =工十=33x10- 64M = N«.15 = U3KN

15、M<T = 131 AfP口 > b19.N=G11.54KN4 cos30° = £* =33x10- 64M = N«.15 = IJ3KNM= 131AfPa >(r3.125M = 200 KN.m miK17.M = PL = 4 KN.m nLiK20.= P(0.68 - 0.0S) = A.KNb= 4Qmmh =120制加24EI16EI245T 16 EI=7.4m生=0.00023优=0.0002312一 q1 + 2Q + _ H) = 148.4KK23?1aM 二工(x - 察H gxa心=4WMP也21.3047 4

16、SEIP57KNPT = _ =28JbiP<r -S3MPa <(y一X J224.销钉所受的的最大剪应力为:P/2F/2 18xlOV2 -T =-5 =g = 49.8/汕，43.14x0,016374销钉所受的的最大挤压应力为:P P 1S>：1O3 rm%w = 140£出而4匿 0.016x0 008IHJ1MPa25.N 59550x_ -9550X三 1193 75N，加20叫咯麻.逆wd = 5U5mr?i26.% -95509550x -4584、，雨用 150(D4 -/)= 14492 475mm?=33MPa < H =W_L强度足够

17、27.轴的外径 k -8S-2XW -69mm<七 MPaN6Mr =9550x_ = 9550x_ =14325M”力4016Z)CD4 -d) = 88424 2mw3= 162Mpo < ri = SOA/Pd 吼l28.强度足够Mr = 9550x_ = 9550x三 5348AT 附灯50.2d" =84375 环网= 63.4MPa. > ri = 60*必L29.强度足够计算主应力和方向的公式为：叮1三,（犷十仃，）十;师"五产将(a)(b)(c)各题带入得：(a)er】=lMPa 口a _30AfFa oj0 = 0(b)cf1 = lOO

18、Aff a2 = -50MPq% = 0(c)号=-6.9MPa % = 22.5'30 .主应力为:5 =;(。+ 仃)+ .府才+ 胃= (-20+30) + 1 正20-知尸+4乂 2(? = 372上,22MPa口尸)"+ 4 % = (20 + 3Q)二。口:J 4 . 20 ' = -27一2qMPa1-1 -2x201片=££ = j y 52-20-30受主应力作用的单元体如下图中的蓝色线条所表示的:31 . A点受弯矩和力的组合作用叮=+4 cr = 100加产口A -196432W2 785 5ira3其中， 4, M = Pa, 232代入上式得：尸. 1559兑M32 .本题为拉扭组合最大剪应力在圆轴的外圆周上:T-rMT-0.2X3C3 - 54003Wq最大的拉应力作用在轴的上下边缘处：-2651内城叮曳，舷?x4QQ/22QQ尸，町-畋32第三强度理论：仃，=荷+ 4/< 8。肱P = 1951f33.N9Mr = 9550 x